淺談高中物理“迷你實驗室”的教學(xué)策略

黃軍榮

摘 要：實驗教學(xué)作為高中物理課程中的重要組成部分，也是高中生學(xué)習(xí)物理知識的重要渠道。然而傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)存在課時偏少，學(xué)生實操機(jī)會少等問題，從而不利于高中生物理實驗?zāi)芰Φ奶嵘?。為解決這一問題，“迷你實驗室”應(yīng)運而生，通過讓學(xué)生開展一些小實驗去體驗物理知識的形成過程，這不僅激發(fā)了學(xué)生對物理實驗的參與興趣，而且也有助于培養(yǎng)他們物理學(xué)科素養(yǎng)。為此，文章就“迷你實驗室”在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，以期進(jìn)一步提高物理實驗教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞：高中物理；迷你實驗室；應(yīng)用；對策

實驗性屬于物理學(xué)科的基本特征，實驗教學(xué)也是高中物理教學(xué)中的重要組成部分。通過動手實驗?zāi)軌蛑鸩脚囵B(yǎng)學(xué)生的觀察能力、創(chuàng)新能力以及理解能力、實操能力。同時，實驗教學(xué)也能讓抽象復(fù)雜的物理知識變得直觀形象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓他們明白學(xué)好物理課的重要性。為了更好地培養(yǎng)高中生的物理實驗?zāi)芰?，“迷你實驗室”?yīng)運而生，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下可自行開展一些簡單的迷你小實驗，這不僅能幫助他們加深對物理知識的理解，也能增加他們的學(xué)習(xí)動力。

一、迷你實驗室的概念

“迷你”英文“mini”，意為小的，短的，與“大”相反。由此“迷你實驗室”中的實驗可指小實驗，但傳統(tǒng)意義上小實驗是指學(xué)生在教師的教學(xué)安排下或者自己在興趣驅(qū)動下，利用身邊生活中的簡易儀器，在課外時間獨立或者跟同學(xué)一起完成相關(guān)操作簡易的實驗。而此“迷你實驗室”中的小實驗則有著其獨特性（為了能和傳統(tǒng)意義上的小實驗有所區(qū)分，本文中所有涉及“迷你實驗室”中的小實驗將定義為迷你實驗）。首先，迷你實驗在魯科版教材中有著清晰、明了的教學(xué)欄目方式呈現(xiàn)。其次，在“迷你實驗室”教學(xué)欄目中，每一個迷你實驗都配備了簡短的文字說明和形象的圖片展示。最后，迷你實驗的實驗內(nèi)容和教材中知識點的分布緊密聯(lián)系，二者相輔相成。所謂“迷你實驗室”就是利用身邊一些簡單易得的物品圍繞物理教材中的知識點展開的一些較為簡單的小實驗，讓高中生通過實驗來獲取物理知識[1]。魯科版物理課本上的“迷你實驗室”一欄不僅設(shè)計簡單，而且趣味性強(qiáng)，處理靈活，基于上述優(yōu)勢，該欄目獲得了大部分高中物理教師的認(rèn)可，也在高中物理課堂教學(xué)中逐步得到重視。

二、“迷你實驗室”在高中物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用價值

（一）培養(yǎng)學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)積極性

傳統(tǒng)高中物理教學(xué)中基于實驗器材、教學(xué)時間等諸多因素的限制，不少教師都是以講授知識的方式教學(xué)，實驗教學(xué)極少，即便開展物理實驗，也多為演示實驗或讓學(xué)生按部就班完成實驗操作。在此背景下學(xué)生極少有機(jī)會動手操作實驗，他們對某些物理現(xiàn)象、概念的理解也就停留于表面，往往只能死記硬背一些概念或公式。長此以往學(xué)生就對物理失去了學(xué)習(xí)熱情。將“迷你實驗室”引入物理實驗教學(xué)中，讓學(xué)生通過身邊易得的物品開展小實驗，既能激發(fā)他們探究物理的積極性，也能讓他們在動手實驗中真正理解物理知識，從而提高學(xué)習(xí)興趣[2]。

（二）培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

“迷你實驗室”屬于一類新型的教學(xué)工具，具有良好的互動性與探究性，可以給學(xué)生一個嶄新的學(xué)習(xí)平臺。它的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)模式，不再局限于教師演示、學(xué)生模仿的實驗形式，而更關(guān)注學(xué)生的自主探究、自我發(fā)現(xiàn)問題與解決問題。這有助于鍛煉高中生的自主學(xué)習(xí)能力。此外，“迷你實驗室”中涉及很多物理模型與模擬實驗，便于學(xué)生更直觀地去感知那些晦澀的物理概念與公式[3]。通過自主操作學(xué)生也能加深對這些物理內(nèi)容的理解，并能從實驗中提高自己的獨立思考能力與問題解決能力。另外，通過團(tuán)隊合作完成小實驗，也能培養(yǎng)高中生的團(tuán)隊協(xié)作能力與溝通能力。

（三）實現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)與差異化教學(xué)

每個高中生的學(xué)習(xí)能力與興趣點都不可能完全相同。迷你實驗室能夠針對學(xué)生的個體差異性，為其提供個性化的學(xué)習(xí)方案。高中生可以圍繞個人興趣與學(xué)習(xí)需求，有選擇性地去做小實驗，并進(jìn)行深入探究。另外，物理教師也可結(jié)合學(xué)生的實驗表現(xiàn)與反饋信息，開展差異化教學(xué)，從而滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。這種個性化的教學(xué)方式能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)他們物理綜合素養(yǎng)的提高。

三、巧用“迷你實驗室”，提升高中物理實驗教學(xué)有效性

（一）創(chuàng)設(shè)實驗情境，培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力

要想通過物理實驗來提高物理教學(xué)的有效性，就需引導(dǎo)學(xué)生主動參與到實驗學(xué)習(xí)中。而這就需要想方設(shè)法調(diào)動學(xué)生的參與熱情，讓他們產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心與探究欲。為此，物理教師可結(jié)合課本上的“迷你小實驗”內(nèi)容，設(shè)計出相應(yīng)的實驗情境，一般可采用演示實驗、提問、動手操作、觀看微課實驗等辦法來營造教學(xué)情境。不管選擇哪種方法創(chuàng)設(shè)實驗教學(xué)情境，教師都應(yīng)找準(zhǔn)學(xué)生的興趣點，不然所創(chuàng)設(shè)的實驗教學(xué)情境就很難調(diào)動學(xué)生的參與積極性。以“摩擦力”這一知識點為例，我們是很難通過肉眼直接觀察到摩擦力以及相對運動趨勢的，故而學(xué)生不容易理解這一點。為了解決這一教學(xué)難題，幫助學(xué)生真正理解摩擦力是怎樣阻礙物體的相對運動趨勢的，于是筆者創(chuàng)設(shè)出下列教學(xué)情境：小劉騎電瓶車去上班，途中電瓶沒電了，于是車子逐漸減速最終停下來了。然后拋出問題情境：電瓶車在沒電的情況下仍會向前滑行，不過會漸漸放慢前行的速度，這是什么力阻礙了電瓶車向前滑動？通過問題情境引入本堂課的主題：摩擦力，隨后要求學(xué)生根據(jù)“迷你小實驗”自主改進(jìn)設(shè)計一個小實驗進(jìn)行探究。其中，學(xué)生可準(zhǔn)備一塊粗糙的布、一塊光滑的木板、一個玩具小汽車，將小汽車放在木板與粗布上滑行，觀察比較小汽車在同等大小力的作用下所滑行的距離，然后通過不同大小推力去推動玩具小汽車，看一看小汽車前進(jìn)距離的差異。在剛接觸摩擦力時不少學(xué)生都比較好奇，想知道摩擦力是怎樣阻礙玩具小汽車前行的，于是筆者通過設(shè)計實驗教學(xué)情境加以啟發(fā)，調(diào)動出學(xué)生的求知欲與探究欲，讓他們通過親手實驗去體驗。這樣就能將學(xué)生的直覺思維與他們的抽象思維、形象思維有機(jī)結(jié)合，利于他們對摩擦力這部分知識的理解，也能讓他們明白生活中一些現(xiàn)象的原理，從而為他們之后的物理學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

（二）開展小組合作探究實驗

合作探究學(xué)習(xí)是實驗教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力與自學(xué)能力[4]。魯科版高中物理課本中的“迷你小實驗”專欄為學(xué)生提供了一個合作探究學(xué)習(xí)的重要平臺。采用小組合作探究的方式學(xué)生可圍繞一個實驗進(jìn)行團(tuán)隊合作，經(jīng)過團(tuán)隊的努力完成實驗探究任務(wù)，大家在互幫互助中收獲知識。以“探究安培力應(yīng)用”這一“迷你小實驗”為例，教師設(shè)計出兩個探究任務(wù)：

任務(wù)1：自制模型，了解建立模型的方法。教師指導(dǎo)學(xué)生對電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理進(jìn)行分析，然后讓學(xué)生拆解電動機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，觀察這些部件，對比分析簡易電動機(jī)主要部件與真實電動機(jī)部件之間的聯(lián)系。

學(xué)生操作：（1）將線圈用漆包線進(jìn)行包繞，利用回形針構(gòu)建支架將其分別插進(jìn)電池盒的兩極。在沒有刮漆時線圈放在支架上不會發(fā)生轉(zhuǎn)動。

（2）4名學(xué)生為一組，根據(jù)課本上圖示提供的4種方法分別刮掉線圈上的絕緣漆。

經(jīng)過上述實踐學(xué)生親歷了模型構(gòu)建的基本步驟，將實物簡化成對應(yīng)的基本原理圖，再從中提煉設(shè)計出實物模型。通過動手實踐學(xué)生的思維動機(jī)被激發(fā)，學(xué)習(xí)積極性也明顯更強(qiáng)烈。

任務(wù)2：巧用實驗，激活思維，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。

實驗觀察：方法A是將左轉(zhuǎn)軸上側(cè)以及右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆均刮除后制作線圈，然后把線圈置于支架上，看一看有何現(xiàn)象。學(xué)生發(fā)現(xiàn)線圈不會轉(zhuǎn)動，教師可指導(dǎo)學(xué)生想一想原因是什么，最終學(xué)生找到答案，原來兩邊未同時接通，線圈內(nèi)就不存在電流，故而不會轉(zhuǎn)動。

實驗觀察：方法B是將位于兩轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉，然后制作線圈，把線圈放到支架上看一看有何現(xiàn)象。各組的結(jié)果不同，一些小組認(rèn)為線圈不轉(zhuǎn)，另一些小組認(rèn)為線圈會轉(zhuǎn)動。教師鼓勵學(xué)生去探究原因，有的小組找到了原因，當(dāng)線路接通后在安培力的影響下線圈便會轉(zhuǎn)動，不過半圈后電路是不通的，也就沒有安培力，此時由于慣性影響，線圈依然會繼續(xù)轉(zhuǎn)動。而觀察到線圈不動的小組則心生疑問。此時，教師要注意引導(dǎo)，讓學(xué)生想想線圈在什么條件下不會轉(zhuǎn)動，然后思考自己在動手實驗中是否有什么紕漏，應(yīng)加以完善。

實驗觀察：方法C是將一端上下側(cè)的絕緣漆刮掉，并將另一端下側(cè)的絕緣漆刮掉后制作成線圈，再將其放到支架上，看一看有何現(xiàn)象。各小組有了前兩次的經(jīng)驗，經(jīng)過自我摸索后自己的線圈都會轉(zhuǎn)動，教師應(yīng)重點指導(dǎo)學(xué)生探究其中的原理。

實驗觀察：方法D是將兩端上下側(cè)的絕緣漆刮除再制作成線圈，將它放到支架上看一看有何現(xiàn)象。此時學(xué)生會發(fā)現(xiàn)線圈擺動，無法持續(xù)轉(zhuǎn)動。指導(dǎo)學(xué)生分析具體原理后，再深入理解電動機(jī)中轉(zhuǎn)換器的作用。

通過上述案例分析可知，“迷你實驗室”專欄的教學(xué)路徑是利用實驗探究的方法，讓學(xué)生參與到實驗操作中親身去體會探究實驗現(xiàn)象以及背后的物理知識。另外，將小組合作學(xué)習(xí)融入實驗教學(xué)中能夠鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊合作能力與探究能力。在此過程中教師可鼓勵學(xué)生自主設(shè)計實驗方案、操作實驗工具，觀察實驗現(xiàn)象，完成總結(jié)分析，并引導(dǎo)學(xué)生思考如何把所學(xué)的物理知識應(yīng)用于生活實踐中，鍛煉他們的知識遷移能力及創(chuàng)新意識。

（三）運用生活中的資源開展“迷你小實驗”

學(xué)校物理實驗所用器材存在數(shù)量少、陳舊等問題，難以滿足學(xué)生開展實驗的需求。為此，物理教師在指導(dǎo)學(xué)生開展“迷你小實驗”時應(yīng)多鼓勵他們就地取材，善于利用生活中常見的物品開展物理小實驗[5]。比如：在教學(xué)《超重與失重》一課時，大家已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓第三定律，為了讓大家明白超重與失重具備的主要特性、熟悉加速度的方向，筆者提前讓學(xué)生以小組合作的方式在課后開展一次小實驗。準(zhǔn)備一個體重秤，先在平穩(wěn)的地面記錄下自己的體重，然后在體重秤上迅速下蹲然后再站起來，看一看體重數(shù)據(jù)有無變化。之后到電梯內(nèi)去測量體重，學(xué)生站在體重秤上面，觀察當(dāng)電梯上升與下降的時候體重秤上的數(shù)據(jù)有無變化。另外，可利用手機(jī)上的Phyphox軟件獲取電梯在升降過程中的加速度。通過記錄對比四次自己的體重數(shù)據(jù)，學(xué)生就能更好地了解超重與失重、加速度方面的知識了，也能明白物理知識在生活中的大用處了。

（四）利用“迷你實驗室”提升物理復(fù)習(xí)效率

物理教師通常在教學(xué)結(jié)束后以書面知識的形式安排復(fù)習(xí)任務(wù)，旨在通過書面作業(yè)幫助學(xué)生去回顧加深對所學(xué)知識的理解，提升其物理應(yīng)用能力[6]。然而書面形式的復(fù)習(xí)任務(wù)難免會讓高中生感到枯燥乏味，他們的主觀能動性也得不到有效調(diào)動，復(fù)習(xí)效果自然不明顯。另外，不少高中生根本未意識到課后復(fù)習(xí)在物理學(xué)習(xí)中的重要性，他們的學(xué)習(xí)熱情不高，也影響到復(fù)習(xí)效果。對此，物理教師可將“迷你實驗室”引入到課后復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生通過動手實踐來消化所學(xué)知識，從而加深對這些知識的認(rèn)識，也能讓他們逐漸構(gòu)建起自己的物理知識體系。以“牛頓第二定律”為例，這部分內(nèi)容屬于整個高中物理知識體系中的重中之重，也是高考物理中的?？紝ο?。這部分內(nèi)容非常重要，學(xué)好這部分知識才能學(xué)好高中物理，這也是學(xué)生解決物理學(xué)習(xí)難題的重要基礎(chǔ)[7]。物理教師在講授完這部分知識后，在復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)要求學(xué)生參照“迷你實驗室”進(jìn)行小實驗，自己動手操作將課堂上已學(xué)過的內(nèi)容重新呈現(xiàn)，同時，圍繞有關(guān)知識開展實操應(yīng)用。這樣就能加深對“牛頓第二定律”的理解，教師可鼓勵學(xué)生在課后多動手做一做這類小實驗，利用實驗就能對相關(guān)定律與原理有更全面充分的認(rèn)知，而且也能加深印象，促使個人物理實驗?zāi)芰Φ奶嵘?/p>

結(jié)束語

綜上所述，“迷你實驗室”是高中物理教學(xué)改革中產(chǎn)生的新成果，能夠?qū)⒗碚撆c實踐有機(jī)結(jié)合，明顯提高了高中生的學(xué)習(xí)熱情與實驗?zāi)芰?。學(xué)生通過自己動手操作，開展實驗探究，能更好地認(rèn)識物理知識的形成過程與基本原理，從而促使學(xué)生形成科學(xué)思維，提升他們的問題解決能力。此外，“迷你實驗室”的應(yīng)用也極大豐富了物理教師的教學(xué)手段，為物理課堂注入了新活力。它促進(jìn)了師生間的互動，強(qiáng)化了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，讓物理教學(xué)變得更生動有趣。由此可見，“迷你實驗室”在高中物理教學(xué)中擁有廣闊的應(yīng)用前景。我們期待有更多的教育工作者能積極探索實踐“迷你實驗室”的應(yīng)用，共同推動高中物理教學(xué)的創(chuàng)新及發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[5]馬潔楓.淺談基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中物理實驗教學(xué)[J].高中數(shù)理化，2017（18）：33.

[6]魏昕.高中物理實驗資源的開發(fā)與利用[J].好家長：創(chuàng)新教育，2018（1）：1.

[7]沈建剛.巧設(shè)物理實驗，提高高中物理教學(xué)實效[J].數(shù)理天地（高中版），2023（2）：83-85.

本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度課題：基于深度學(xué)習(xí)視角下高中物理新教材（魯科版）“迷你實驗室”專欄的教學(xué)實踐研究（課題編號：FJJKZX23-225）研究成果。